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Simultaneous and Rapid Detection of Glucose and Insulin: Coupling Enzymatic and Aptamer-Based Assays
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-11-15 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c04289 Ponnusamy Nandhakumar, Omeed Djassemi, Ada Raucci, An-Yi Chang, Christopher Cheung, Yuma Dugas, Julia Silberman, Sofia Morales-Fermin, Samar S Sandhu, Maria Reynoso, Tamoghna Saha, Stefano Cinti, Joseph Wang
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-11-15 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c04289 Ponnusamy Nandhakumar, Omeed Djassemi, Ada Raucci, An-Yi Chang, Christopher Cheung, Yuma Dugas, Julia Silberman, Sofia Morales-Fermin, Samar S Sandhu, Maria Reynoso, Tamoghna Saha, Stefano Cinti, Joseph Wang
Diabetes management demands precise monitoring of key biomarkers, particularly insulin (I) and glucose (G). Herein, we present a bioelectronic chip device that enables the simultaneous detection of I and G in biofluids within 2 min. This dual biosensor chip integrates aptamer-based insulin sensing with enzymatic glucose detection on a single platform, employing a four-electrode sensor chip. The insulin voltammetric sensor employs a G-quadraplex methylene-blue-modified aptamer, while the amperometric biocatalytic glucose sensor utilizes a second-generation mediator-based approach. Simultaneous reagent-less sensing of I and G has been achieved by addressing key challenges. These include combining different surface chemistries, assay formats, and detection principles at closely spaced working electrodes and the substantially different concentration levels of the I and G targets. An attractive analytical performance, with no apparent crosstalk, is demonstrated for the simultaneous detection of millimolar G concentrations and picomolar I concentrations in single microliter serum or saliva sample droplets. This dual biosensor offers rapid, cost-effective, and reliable monitoring, addressing the unmet need for integrated multiplexed diabetes biomarker detection in decentralized settings. Such integration of enzymatic and aptamer-based bioassays could greatly expand the scope of decentralized testing in healthcare beyond diabetes care.
中文翻译:
同时快速检测葡萄糖和胰岛素:耦合酶和基于适配子的检测
糖尿病管理需要精确监测关键生物标志物,尤其是胰岛素 (I) 和葡萄糖 (G)。在此,我们提出了一种生物电子芯片装置,能够在 2 分钟内同时检测生物流体中的 I 和 G。这种双生物传感器芯片采用四电极传感器芯片,将基于适配体的胰岛素传感与酶促葡萄糖检测集成在一个平台上。胰岛素伏安传感器采用 G-四链亚甲蓝修饰的适配体,而安培生物催化葡萄糖传感器采用第二代基于介质的方法。通过解决关键挑战,已经实现了 I 和 G 的同步无试剂感应。这些方法包括在紧密排列的工作电极上结合不同的表面化学成分、检测形式和检测原理,以及 I 和 G 靶标的浓度水平大不相同。在同时检测单微升血清或唾液样品液滴中的毫摩尔 G 浓度和皮摩尔 I 浓度时,证明了其具有吸引力的分析性能,且无明显的串扰。这种双生物传感器提供快速、经济高效且可靠的监测,解决了分散环境中对集成多路糖尿病生物标志物检测的未满足需求。这种基于酶和适配体的生物测定的整合可以大大扩大医疗保健中分散检测的范围,而不仅仅是糖尿病护理。
更新日期:2024-11-15
中文翻译:
同时快速检测葡萄糖和胰岛素:耦合酶和基于适配子的检测
糖尿病管理需要精确监测关键生物标志物,尤其是胰岛素 (I) 和葡萄糖 (G)。在此,我们提出了一种生物电子芯片装置,能够在 2 分钟内同时检测生物流体中的 I 和 G。这种双生物传感器芯片采用四电极传感器芯片,将基于适配体的胰岛素传感与酶促葡萄糖检测集成在一个平台上。胰岛素伏安传感器采用 G-四链亚甲蓝修饰的适配体,而安培生物催化葡萄糖传感器采用第二代基于介质的方法。通过解决关键挑战,已经实现了 I 和 G 的同步无试剂感应。这些方法包括在紧密排列的工作电极上结合不同的表面化学成分、检测形式和检测原理,以及 I 和 G 靶标的浓度水平大不相同。在同时检测单微升血清或唾液样品液滴中的毫摩尔 G 浓度和皮摩尔 I 浓度时,证明了其具有吸引力的分析性能,且无明显的串扰。这种双生物传感器提供快速、经济高效且可靠的监测,解决了分散环境中对集成多路糖尿病生物标志物检测的未满足需求。这种基于酶和适配体的生物测定的整合可以大大扩大医疗保健中分散检测的范围,而不仅仅是糖尿病护理。